1524
.pdfUCC=15.684+0.02496*(TC1-700)
UPC1=17.585+0.02826*(TC1-700)
UPC=UPC1/AF+UCC*(AF-1)/AF H1=((KCI*HU/LT+UCC+Y*UPC)/(1+Y)+0.008315*LM*TC)/B
TZ1=(H1+(3.59+2.942/AF))/(0.036575+0.00524/AF)
TZ=TZ1+273
PZ=LM*PC
R=B*TZ/(LM*TC)
D=S/R WRITE(6, 53)TZ
53 FORMAT( TZ= , E11.4)
C |
ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ |
|
MPZ1=28.638+0.0023*(TZ1-1800) |
|
MCZ=25.003+0.001615*(TZ1-1800) |
|
MPZ= MPZ1/AF+MCZ*(AF-1)/AF |
23 MPB1=25.498+0.00376*(TB1-800)
MCB=22.713+0.00293*(TB1-800)
MPB=MPB1/AF+MCB*(AF-1)/(AF) KP=1+8.315*(TZ1-TB1)/(MPZ*TZ1-MPB*TB1)
NP=KP
TB=TZ/D**(NP-1) DTB=(((TB-273)-TB1)*100)/(TB-273)
WRITE (6, 57) TB
57 FORMAT ('TB=', E11.4)
IF(DTB.GT.2.0) GO TO 24
IF(DTB.LT.0.0) GO TO 25
GO TO 26
24TB1=TB1+5
GO TO 23
25TB1=TB1-5 GO TO 23
26CONTINUE
PB=PZ/D**NP
TRI=TB/(PB/PR)**0.333
DTR=(((TRN+273)-TRI)*100)/(TRN+273)
IF(DTR.GT.2.0) GO TO 27 IF(DTR.LT.0.0) GO TO 28 GO TO 29
27TRN=TRN-5
GO TO 12
28TRN=TRN+5 GO TO 12
29CONTINUE WRITE (6, 54) PB
54 FORMAT ('PB=', E11.4)
C |
ПОКАЗАТЕЛЬ РАБОТЫ ЦИКЛА |
PI1=(LM*(R-1)+LM*R*(1-1/D**(NP-1))/(NP-1)-(1-1/S**(NC-1)) */(NC-1))/(S-1)*PC
PI=MI*PI1-FI*(PR-PA)
KI=0.008315*PI*LT*TK/(HU*KV*PK)
GI=3600/(HU*KI)
PM=0.089+0.0118*SP*N/30
PE=PI-PM
KM=PE/PI
KE=KI*KM
GE=GI/KM IF(N.EQ.N1.AND.IRAB.EQ.1.0) GO TO 32
GO TO 33
32NI1=NE1/KM
DC=SQRT(12*NI1*T/(3.14*PI*N1*IC*SP))
VHI=10*3.14*DC**2*SP*IC/4
33CONTINUE
34NE=PE*VHI*N/(30*T)
ME=3E4*NE/(3.14*N)
NI=NE/KM
36 GT=GE*NE/1000.0
WRITE(6,56)GT
56 FORMAT('GT=',E11.4)
C |
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ |
Q=GT*HU
QE=3.6*NE
QE1=QE*100/Q
QM=3.6*(NI-NE)
QM1=QM*100/Q
TR1=TR-273
TO1=TK-273 MCR=30.095+0.0031*(TR1-500)
MPR1=32.515+0.00418*(TR1-500)
MPR=MPR1/AF+MCR*(AF-1)/AF MPO=29.073+0.0008*TO1 QG=GT*LT*(B*MPR*TR1-MPO*TO1)/1000.0 QG1=QG*100/Q
37 QW=CW*IC*N**MW*DC**(1+2*MW)/AF QW1=QW*100/Q QS=Q-(QE+QM+QG+QW) QS1=QS*100/Q
IF(QS1.GT.3.0) GO TO 38
IF(QS1.LT.1.0) GO TO 39
GO TO 40
38MW=MW+0.005
GO TO 37
39MW=MW-0.005 GO TO 37
40CONTINUE
WRITE(6,41)
41FORMAT(1X,60('*'))
WRITE(6,55)N,J
55 FORMAT('N=',E11.4,' J=',I5)
WRITE(6,42)PZ,GE,KE
WRITE(6,43)NE,ME,GT
WRITE(6,44)QE1,QM1,QG1
WRITE(6,45)QW1,QS1
42 FORMAT(3X,'PZ=',F6.3,' GE=',F5.1,' KE=',F6.4)
43 FORMAT(3X,'NE=',F5.1,' ME=',F9.1,' GT=',F6.3)
44 FORMAT(3X,'QE1=',F6.3,' QM=',F6.3,' QG=',F6.3)
45 FORMAT(3X,'QW1=',F6.3,' QS1=',F5.3)
46 CONTINUE
N=N-K
IF(N.GE.N3) GO TO 10
STOP
END
Контрольные вопросы
1.С какой целью применяют наддув двигателя?
2.Какие факторы принимают в расчет при выборе фаз газораспределения?
3.Факторы, ограничивающие максимальную степень сжатия, минимальную степень сжатия у дизельного двигателя.
4.Чем ограничивается степень наддува двигателя?
5.Что называется удельным расходом топлива и чем объяснить большую экономичность дизеля в сравнении с двигателями легкого топлива?
6.Достоинства и недостатки дизельных двигателей с наддувом.
7.Влияние какого параметра на мощностные и экономические показатели двигателя определяется в программе?
8.Какие статьи теплового баланса выводятся на печать в программе для данного
двигателя?
Глава 6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ БЕЗ НАДДУВА
Выполнить тепловой расчет четырехтактного дизельного двигателя без наддува, имеющего следующие исходные данные:
эффективную мощность Ne=1600 кВт;
частоту вращения коленчатого вала nN = 2650 об/мин;
число цилиндров i = 8;
применяемое топливо-дизельное л, имеющее цитановое число 45;
состав С = 0,87 кг/кг топл., H= 0,126 кг/кг топл., ОТ= 0,004 кг/кг топл.;
молекулярную массу mT =190;
низшую теплоту сгорания Hu= 42,5 МДж/кг;
степень сжатия =17;
коэффициент избытка воздуха N =1,5.
6.1.Определение параметров рабочего тела
Теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания 1 кг. топ-
лива
Lо 12 01,209 С 3(Н О8T )
1 |
|
0,004 |
|
|
|
|
0,87 3(0,126 |
|
) |
0,497 кмоль |
|
12 0,209 |
8 |
||||
|
|
|
При расчете по внешней скоростной характеристике коэффициент избытка воздуха изменяется и может быть определен приближенному уравнению:
|
n |
|
n |
|
2 |
|
N 1,672(1 |
|
) ( |
|
) |
|
|
nN |
nN |
|||||
|
|
|
|
Действительный расход воздуха для номинального режима работы двигателя
L = N Lo 1,5 0,497 0,7455 кмоль
Количество свежего заряда
M1 L |
1 |
0,7455 |
|
1 |
0,7507. |
|
|
||||
|
mT |
190 |
|||
Количество отдельных компонентов, входящих в состав продуктов сгорания:
МСО2 = С /12=0,87 /12=0,0725 кмоль;
МН2О = Н / 2 = 0,126/2=0,063 кмоль;
МN2 = 0,79 NLо=0,79 1,5 0,497 = 0,589;
МO2 =0,209( N-1)=0,209(1,5-1) 0,497=0,0519 кмоль.
Количество продуктов сгорания
М2=МСО2 +МН2О +МN2 +МO2 = 0,0725+0,063+ +0,589 + 0,0219 = 0,7764 кмоль.
Химический коэффициент молекулярного изменения
=М2 / М1=0,7764/0,7507=1,034
6.2. Процесс впуска
Параметры окружающей среды: Ро=0,1013, То=293 К.
Степень сжатия =17, степень подогрева свежего заряда Т=15 С. Среднюю скорость поршня принимаем равной СN=10,4 м/с. Плотность воздуха, поступающего во впускную систему:
Po 106 0,1013 106 1,2 кг/м3.
RB To |
287 293 |
Ход поршня при номинальной частоте вращения коленчатого вала:
SN 30 CN 30 10,4/2650 0,1178м. n
Отношение площади поршня к площади проходного сечения клапана
принимаем: Fn / fкл = 6.
Максимальная скорость свежего заряда в проходном сечении клапана
Wвп= 0,05433 SN n Fn /fкл = 0,05433 0,118 2650 6=101,7 м/с.
Скорость свежего заряда в процессе впуска принимаем постоянной равной максимальному значению.
Сопротивление впускной системы с учетом коэффициента затухания скорости принимаем: ( 2+ ) = 2,7.
Давление в цилиндре двигателя в конце впуска
Ра = Ро ( 2+ ) W 2вn о / (2 106)= =0,1013 2,7 101,72 1,2/(2 106)=0,0845 МПа.
Давление остаточных газов на номинальном режиме работы двигателя
РrN =0,098+0,539 10-5 n = 0,098+0,539 10-5 2650 = 0,1123 МПа.
Для различных скоростных режимов давления и температуру остаточных газов можно определить по формулам:
Pr 1,035 Pо (PrN 1,035 Pо) ( n )2; nN
T |
T |
0,77 ( |
n |
0,3)0,29 0,955( |
n |
0,3) . |
|
|
|||||
r |
rN |
nN |
|
nN |
|
|
|
|
|
|
|
||
Принимаем температуру остаточных газов на номинальном режиме
работы двигателя ТrN = 820 К.
Изменение степени подогрева свежего заряда в зависимости от скоростного режима двигателя можно определить по формуле
110 0,0125n
T TN 110 0,0125nN .
Степень подогрева свежего заряда на номинальном режиме принимаем равным ТN =15 С.
Коэффициент остаточных газов
r |
To T |
|
Pr |
|
293 15 |
|
0.1123 |
|
0,0318. |
||||
|
|
Pa Pr |
|
|
|
0,0845 17 0,1123 |
|||||||
|
TrN |
820 |
|
|
|
||||||||
|
|
Температура рабочего тела в конце наполнения |
|||||||||||
T |
To T rνTrN |
|
293 15 0,0318 1,14 820 |
327К. |
|||||||||
|
|
||||||||||||
|
a |
1 r |
|
|
|
|
|
1 0,0318 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Коэффициент = Сpr /Cpo=1,14, где Сpr теплоемкость продуктов
сгорания при постоянном давлении для отработавших газов, Cpo – изобарная теплоемкость воздуха, поступающего в цилиндр двигателя.
Коэффициент наполнения
|
|
To |
|
Pa Pr |
|
293 |
|
|
0,0845 17 0,1125 |
0,777. |
T T |
P ( 1) |
293 15 |
|
|||||||
V |
|
|
|
|
0,1013(17 1) |
|||||
|
|
o |
|
o |
|
|
|
|
|
|
6.3. Процесс сжатия
Показатель адиабаты сжатия определяем на основании значений теплоемкостей рабочего тела в начале сжатия (точка А) и в конце сжатия (точка С). Температуру рабочего тела в конце сжатия принимаем равной t = 660 С.
Теплоемкость свежего заряда в точке А
(mcv)a 20,758 0,0008ta 20,758 0,0008 54 20,8012кДж /моль C,
где ta = Ta 273 = 32273 =54 C.
Теплоемкость рабочего тела в точке С без учета коэффициента остаточных газов
(mcv)c 22,09 0,00318(tc tc1) 22,09
0,00318(660 600) 22,2808кДж/(кмоль оС).
Показатель адиабаты сжатия |
|
||||
K1 1 8,315 |
tc ta |
|
|||
(mcv) ctc (mcv)a ta |
|||||
|
|
|
|||
1 8,315 |
|
660 54 |
|
1,371. |
|
22,280 660 20,8012 54 |
|||||
|
|
||||
Показатель политропы сжатия принимаем равным показателю адиабаты, т.е. n1 = К1.
Температура рабочего тела в конце сжатия составит:
Tc = Ta n1-1 = 327 171,317-1 = 935,5 K.
Ошибка в выборе температуры рабочего тела в конце сжатия
T |
|
(Tc 273) tc |
100 |
(935 273) 660 |
100 0,302%. |
|
|
||||
c |
|
Tc 273 |
|
935 273 |
|
|
|
|
|||
Если ошибка составит больше двух процентов, необходимо задать новое значение tc и расчет повторить.
Давление в конце сжатия
Рс= Ра n1 = 0,0845 171,371 = 4,11 МПа.
6.4. Процесс сгорания
При определении температуры рабочего тела в конце сгорания предполагаем, что процесс сгорания происходит вначале при постоянном объеме (участок С Z1), затем при постоянном давлении (участок Z1 Z). Температуру рабочего тела в точке Z определяем на основании уравнения внутренних энергий для точек С и Z с учетом количества теплоты, выделенной при сгорании топлива.
Общее уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет вид:
1 |
|
1 |
|
Hu |
Uc |
rUc |
|
Uz 0,008315 Tz. |
|
|
( |
) 0,008315λTc |
|||||||
|
|
|
|||||||
1 r |
|
M1 |
|
|
|
||||
Действительный коэффициент молекулярного изменения
r 1,034 0,0318 1,033.
1 r |
1 0,0318 |
Степень повышения давления зависит от цикловой подачи топлива, от закона подачи и целого ряда других факторов.
Для рассматриваемого двигателя принимаем: = 1,8.
Коэффициент использования теплоты принимаем равным N = 0,88. Для различных скоростных режимов изменение коэффициента использования теплоты можно принять идентичным изменению коэффициента избытка воздуха, однако, с поправкой на большую теплоотдачу в стенки камеры сгорания при уменьшении скоростного режима двигателя.
С учетом указанных поправок уравнение будет иметь вид:
( N |
0,15) ( |
n |
0,3)0,75 0,0878( |
n |
0,3). |
|
nN |
nN |
|||||
|
|
|
|
Используя таблицу 10, определяем значение внутренних энергий:воздуха в конце сжатия
Uc 13,255 0,0243(tc 600) 13,255
0,0243(662 600) 14,762МДж / кмоль;
tc = Tc 273 = 935 273 = 662 C;
продуктов сгорания в конце сжатия при =1
U1b 14,779 0,02806(tc 600) 14,779
0,02806(662 600) 16,5187 МДж / кмоль;
продуктов сгорания с учетом принятого коэффициента избытка воздуха:
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
Uc |
|
U1c |
|
|
|
Uc |
|
|
16,5187 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
1,5 1 |
14,762 15,933 |
МДж / кмоль. |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Левая часть уравнения |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
0,88 42,5 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
14,762 0,0318 15,933) |
74,615. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
1 0,0318 |
|
0,7507 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1,033 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,008315 1,8 935 |
|
|
|||||||
Правую часть уравнения с учетом данных, приведенных в таблице 10, преобразуем следующим образом:
определяем внутреннюю энергию рабочего тела в точке Z при =1
U1z 51,498 0,0375(tz 1800) 0,035tz 8,802;
определяем внутреннюю энергию воздуха в точке Z
Uz 45,008 0,0826(tz 1800) 0,02826tz 5,86.
Внутренняя энергия рабочего тела в точке Z с учетом принятого значения коэффициента избытка воздуха
Uz |
1 |
U1z |
1 |
Uz |
|
1 |
(0,0335tz 8,802) |
1 |
(0,02826tz 5,86). |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
После некоторых преобразований
Uz (0,02826 0,0524)tz (5,86 2,942).
Подставив полученное выражение в правую часть общего уравнения сгорания и обозначив левую часть через Н1, будем иметь
H1 (0,02826 0,00524 )tz (5,86 2,942 ) 0,008315 (tz 273).
Решая полученное уравнение относительно tz , получим
|
|
|
H1 |
(3,59 |
2,942 |
) |
|
|
74,615 (3,59 |
2,942 |
) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
t |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
2001 oC, Т = t |
z |
+273. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
0,036575 |
0,00524 |
|
|
0,036575 |
0,00524 |
|
|
z |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|||
Давление в конце сгорания
Рz = Pc = 1,8 4,11 = 7,398 МПа.
Степень предварительного расширения
= Тz / ( Tc) = 1,033 2274 / (1,8 935) = 1,395
Степень последующего расширения
= / = 17 / 1,396 = 12,186
6.5.Процесс расширения и выпуска
Показатель политропы расширения определяем на основании значений теплоемкостей рабочего тела в начале расширения (точка Z) и в конце расширения (точка В). Для определения теплоемкостей используем таблицу. Температуру рабочего тела в конце расширения принимаем равной tb = 870 C.
Теплоемкость рабочего тела в точке Z при =1
(mcv)1r 28,638 0,0023(tz 1800) 28,638 0,0023(2001 1800)
= 29,098 кДж /(кмоль С).
Теплоемкость воздуха в точке Z
(mcv)z 25,003 0,001617(tz 1800) 25,003 0,001615(2001 1800) = 25,326 кДж / (кмоль С).
Теплоемкость рабочего тела в точке Z с учетом принятого
значения коэффициента избытка воздуха |
|
|
|
|
|
|
||||||
(mcv)z |
|
1 |
(mcv)1z |
1 |
(mcv)z |
1 |
|
29,098 |
1,5 1 |
25,326 |
||
|
|
|
1,5 |
|
1,5 |
|
||||||
= 27,8406 кДж / (кмоль С).
Теплоемкость продуктов сгорания в точке В при =1 при температуре
870 С
(mcv)1b 25,498 0,00376(tb 800) 25,498 0,00376(870 800)
= 25,7612 кДж / (кмоль С).
Теплоемкость воздуха для принятой температуры рабочего тела в конце расширения
(mcv)b 22,713 0,00293(tb 800) 22,713 0,00293(870 800) = 22,9181 кДж / (кмоль С).
Теплоемкость рабочего тела с учетом принятого значения коэффициента избытка воздуха
|
|
1 |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
1 |
|
||||
(mcv)b |
|
|
(mcv)1b |
|
|
|
(mcv)b |
|
25,716 |
|
|
22,9181 |
||||
|
|
|
1,5 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
= 24,8135 кДж / (кмоль С). |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Показатель адиабаты расширения |
|
|||||||||||
|
|
K2 |
1 8,315 |
|
|
tz tb |
|
1 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(mcv)ztz (mcv)btb |
|
|
|
||||||
|
|
8,315 |
|
|
2000 870 |
|
|
1,275. |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
27,8406 2000 24,8135 870 |
|
|
|
||||||||
Принимаем n2 = K2.
Температура рабочего тела в конце расширения
T |
T |
|
|
1 |
|
|
1 |
2274 1142 К. |
||
|
n |
|
|
|
1,275 1 |
|||||
b |
z |
|
|
2 |
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
12,186 |
|
|||
Ошибка в выборе температуры составит
T |
|
(Tb 273) tb |
100 |
(1142 273) 870 |
100 0,115%. |
|
|
||||
b |
|
Tb 273 |
|
1142 273 |
|
|
|
|
|||
Если ошибка составит более 2 %, задают новое значение tb и расчет повторяют.
Давление рабочего тела в конце расширения
P P |
|
1 |
|
7,398 |
|
1 |
0,305МПа. |
|
|
n |
|
|
1,275 |
||||
b z |
2 |
1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
12,186 |
|
||
Проверка выбранной температуры остаточных газов